TWI423088B - 觸控壓力之偵測方法 - Google Patents

Description

觸控壓力之偵測方法

本發明是有關於一種偵測方法，且特別是有關於一種觸控壓力之偵測方法。

現今使用者與電子產品之間的溝通除了鍵盤外，觸控面板的應用也越來越廣泛，讓使用者可直接手動操作，更便捷地操作電子產品。目前普遍的觸控技術有電容式與電阻式，各有其優缺點。然而，無論哪種觸控面板，其對於手指之感應的準確度皆為設計重點。

電阻式觸控面板因為阻抗不均，或是手指按壓面積太大，常會造成畫線不直以及抖動(Jitter)問題，此外，亦無法偵測到觸控點之按壓狀態，如按壓大小，而不能提供電子產品更多功能特性。因此，考量到成本、效能與操作便捷性，如何設計更為優良的產品以滿足市場需求，乃實為各家廠商積極研發之重點。

本發明係有關於一種觸控壓力之偵測方法，可直接偵測到觸控點之位置與按壓狀態。

本發明提出一種觸控壓力之偵測方法，包括步驟：依序偵測一觸控面板之一第一軸分壓與一第二軸分壓，以判斷一觸控點位置；取得觸控點位置後，立即切換觸控面板以驅動觸控面板對應觸控點位置之一第一軸感測線路與一第二軸感測線路；偵測通過第一軸感測線路、觸控面板之一壓感材料層以及第二軸感測線路之一電流值；以及，比對電流值與一預定範圍，以判斷該觸控點位置之按壓壓力大小。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第1圖至第3圖，第1圖係依照本發明較佳實施例的一種觸控壓力之偵測方法之流程圖，第2圖係一觸控面板之結構示意圖，第3圖係第2圖觸控面板之電路方塊圖。本實施例是以第2、3圖之觸控面板結構說明第1圖觸控壓力之偵測方法。

如第2圖所示，觸控面板1包括一第一基板10、一第二基板12與一壓感材料層14，其中，壓感材料層14夾置在第一基板10與第二基板12之間。第一基板10與第二基板12係為透明基板，而壓感材料層14之材質例如為壓電材料。觸控面板更包括多個第一軸感測線路與多個第二軸感測線路，為簡化圖式，第2、3圖中各軸方向上僅繪示出三個感測線路，分別為第一軸感測線路16a～16c與第二軸感測線路18a～18c。這些第一軸感測線路16a～16c相互平行且等間隔地設置在第一基板10上，並各別沿著第一軸方向延伸。第二軸感測線路18a～18c等間隔且相互平行地設置在第二基板12上，並各別朝第二軸方向延伸。

如第3圖所示，觸控面板1更包括一控制電路20，第一軸感測線路16a～16c之兩端與第二軸感測線路18a～18c之兩端皆電性連接至控制電路20。並請參照第4圖，其係第3圖觸控面板其腳位定義之示意圖。本實施例之第一軸方向定為X方向，第二軸方向定為Y方向，如第4圖所示，第一軸感測線路16a～16c之一端之腳位在控制電路20中定義為X1～X3，另一端之腳位則定義為X4～X6。第二軸感測線路18a～18c之一端之腳位定義為Y1～Y3，另一端之腳位則定義為Y4～Y6。

如第1圖所示，觸控壓力之偵測方法包括步驟S11至S14。首先，如步驟S11所示，依序偵測一觸控面板之一第一軸分壓與一第二軸分壓，以判斷一觸控點位置。請參照第5A、5B圖，其係第4圖於第一軸分壓偵測模式之示意圖。偵測第一軸分壓時，即X方向上之分壓，如第5A圖所示，先將第一軸感測線路之腳位X1～X3設定為一電壓偵測端，腳位X4～X6設為空接。然後輸入電壓至第二軸感測線路，其中，腳位Y1～Y3輸入5V，而腳位Y4～Y6設為接地端GND。如第5B圖所示，假設觸控點P0在中央，根據分壓原理，腳位X2將偵測到電壓2.5V，此時，隨即紀錄電壓偵測端取得電壓訊號之第一軸感測線路之位置(即X軸座標，腳位X2之位置)與分壓大小。

第一軸分壓偵測完畢後，立即切換感測線路，以偵測第二軸分壓。請參照第6A、6B圖，其係第4圖於第二軸分壓偵測模式之示意圖。偵測第二軸分壓時，即Y方向上之分壓，如第6A圖所示，先將第二軸感測線路之腳位Y1～Y3設定為一電壓偵測端，腳位Y4～Y6設為空接。然後輸入電壓至第一軸感測線路，其中，腳位X1～X3設為接地端GND，而腳位X4～X6輸入5V。如第6B圖所示，假設觸控點P0在中央，根據分壓原理，腳位Y2將偵測到電壓2.5V，此時，立即紀錄電壓偵測端取得電壓訊號之第二軸感測線路之位置(即Y軸座標位置，腳位Y2之位置)與分壓大小。至此，量測第一軸位置與第二軸位置之座標流程已經完成，觸控點P0之座標腳位為(X2,Y2)，再經控制電路20(見第3圖)所定義之座標位置轉換後，即可得到絕對座標。

接著，如第1圖之步驟S12所示，取得觸控點位置後，立即切換觸控面板以驅動觸控面板對應觸控點位置之一第一軸感測線路與一第二軸感測線路。並請參照第7圖，其係第4圖於電流偵測模式之示意圖。如第7圖所示，於取得觸控點P0之座標(X2,Y2)後，立即驅動對應腳位X2、Y2之感測線路，其中，使腳位X5輸入5V，腳位Y2設為電流偵測端，其他腳位則設為空接。

然後，如第1圖之步驟S13所示，偵測通過第一軸感測線路、觸控面板之一壓感材料層以及第二軸感測線路之一電流值。如第7圖所示，當按壓時，電流偵測端之腳位Y2會偵測對應流過觸控點P0之電流。

接著，如步驟S14所示，比對電流值與一預定範圍，以判斷該觸控點位置之按壓壓力大小。此步驟中實際上可提供多個預定範圍以判斷按壓壓力大小，然而在此是以一第一預定範圍與一第二預定範圍為例說明判斷按壓大小係屬第一按壓狀態或是第二按壓狀態。在此步驟中，係先比對電流值與第一預定範圍，若電流值位在第一預定範圍中，則屬於第一按壓狀態。若電流值位在第一預定範圍外，則比對電流值與第二預定範圍，以判斷觸控點之按壓狀態是否為第二按壓狀態。以下附圖說明第一預定範圍與第二預定範圍之限定方式。

請參照第8A圖與第8B圖，其係為電流分別流經第2圖觸控面板遠端E1與近端E2之示意圖。由於電流傳導路徑係經過第一基板10之第一軸感測線路、壓感材料層14與第二基板12之第二軸感測線路，因此這三者之材料阻抗都需考量。另外，觸控面板之遠端E1與近端E2設置之感測線路長短不一，導致阻抗不一致，在限定第一與第二預定範圍時也都需考量到這些因素。

並請參照第9圖，其係壓感材料之壓力與阻抗變化曲線圖，其中，當壓感材料所受之壓力越大，其阻抗值越低，反之，當所受壓力越小，壓感材料之阻抗值越大。第一按壓狀態可為一重壓狀態，而第二按壓狀態可為一輕壓狀態，因此第一按壓狀態所受之壓力大於第二按壓狀態所受之壓力。壓感材料層14對應第一按壓狀態具有第一阻抗，對應第二按壓狀態具有第二阻抗，根據第9圖的壓力對阻抗變化關係，第一阻抗小於第二阻抗。

根據壓感材料層14之第一阻抗、觸控面板1之一遠端電極阻抗與觸控面板1之一驅動電壓值，以計算出觸控面板1對應第一按壓狀態之第一遠端電流值。另外，再根據第一阻抗、觸控面板1之一近端電極阻抗與觸控面板1之驅動電壓值，則可計算出觸控面板1對應第一按壓狀態之第一近端電流值。位在遠端的電極阻抗較大，因此第一遠端電流值可定義為第一預定範圍之下限值，而第一近端電流值則定義為第一預定範圍之上限值。

本實施例之感測線路之材質可為氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)，其阻抗在遠端E1假定為8K歐姆，近端E2則為1K歐姆。壓感材料層14之阻抗在重壓狀態下約為50K歐姆，在輕壓狀態下則為100K，而驅動電壓值為5V。根據這些參數計算出遠端E1在第一按壓狀態(重壓狀態)下之總阻抗值Rt1與第一遠端電流值I1分別為：

Rt1=8K+50K+8K=66K

I1=5/66K=0.76uA

近端E2在第一按壓狀態下之總阻抗值Rt2與第一近端電流值I2分別為：

Rt1=1K+50K+1K=52K

I1=5/52K=0.96uA

由此可計算出第一預定範圍為0.76uA～0.96uA。接著同上述方式，再根據第二阻抗、遠端電極阻抗與近端電極阻抗以及驅動電壓值，計算出第二預定範圍之下限值(第二遠端電流值)與上限值(第二近端電流值)。在此計算出遠端E1在第二按壓狀態(輕壓狀態)下之總阻抗值Rt3為116K，近端E2之總阻抗值Rt4為102K。接著計算觸控面板1對應第二按壓狀態之第二遠端電流值I3與第二近端電流值I4，其中I3為0.43uA，I4為0.49uA，由此可知第二預定範圍為0.43uA～0.49uA。

另一種限定第一預定範圍與第二預定範圍之方式是直接預先量測觸控面板1於遠端E1與近端E2的電流值。同樣根據壓感材料層14之壓力對阻抗變化關係，其對應第一按壓狀態具有第一阻抗，對應第二按壓狀態具有第二阻抗，在第一按壓狀態所受之壓力大於第二按壓狀態所受之壓力，第一阻抗小於第二阻抗。並量測觸控面板1於第一按壓狀態之第一遠端電流值與第一近端電流值，量測到的第一遠端電流值設為第一預定範圍之下限值，第一近端電流值設為第一預定範圍之上限值。再量測觸控面板1於第二按壓狀態之第二遠端電流值與第二近端電流值，其中，第二遠端電流值設定為第二預定範圍之下限值，第二近端電流值設定為第二預定範圍之上限值。

第一預定範圍與第二預定範圍之電流值可事先紀錄在控制電路20(見第3圖)內部。之後，控制電路20內之程式可依據量測到的電流比對出按壓的程度，例如為重壓或是輕壓狀態。

遠端E1與近端E2之間之電極阻抗實質上更細分為多個不同階的電極阻抗，以對應每一個座標位置計算或量測出對應之電流範圍。這些電流範圍可以表格之形式直接記錄在控制電路20上以供比對。

本發明上述實施例所揭露之觸控壓力之偵測方法，是在觸控面板之二個基板之間設置一個壓感材料層，以搭配電流變化偵測到觸控點之觸控壓力。偵測時，是先以分壓原理偵測出觸控點之座標位置，再根據觸控點位置立即切換至對應之感測線路，以偵測電流值大小，再與至少一預定範圍作比對，以判斷按壓狀態為重壓或輕壓等。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．觸控面板

10．．．第一基板

12‧‧‧第二基板

14‧‧‧壓感材料層

16a~16c‧‧‧第一軸感測線路

18a~18c‧‧‧第二軸感測線路

20‧‧‧控制電路

X1~X6、Y1~Y6‧‧‧腳位

GND‧‧‧接地端

P0‧‧‧觸控點

E1‧‧‧遠端

E2‧‧‧近端

第1圖係依照本發明較佳實施例的一種觸控壓力之偵測方法之流程圖。

第2圖係一觸控面板之結構示意圖。

第3圖係第2圖觸控面板之電路方塊圖。

第4圖係第3圖觸控面板其腳位定義之示意圖。

第5A、5B圖係第4圖於第一軸分壓偵測模式之示意圖。

第6A、6B圖係第4圖於第二軸分壓偵測模式之示意圖。

第7圖係第4圖於電流偵測模式之示意圖。

第8A圖與第8B圖係為電流分別流經第2圖觸控面板遠端與近端之示意圖。

第9圖係壓感材料之壓力與阻抗變化曲線圖。

Claims (6)

1. 一種觸控壓力之偵測方法，包括：在一觸控面板的一第一基板與一第二基板之間設置一壓感材料層；依序偵測該觸控面板之一第一軸分壓與一第二軸分壓，以判斷一觸控點位置；取得該觸控點位置後，立即切換該觸控面板以驅動該觸控面板對應該觸控點位置之一第一軸感測線路與一第二軸感測線路；偵測通過該第一軸感測線路、該觸控面板之該壓感材料層以及該第二軸感測線路之一電流值；以及比對該電流值與一第一預定範圍，以判斷該觸控點位置之按壓壓力大小。
2. 如申請專利範圍第1項所述之偵測方法，更包括：若該電流值位在該第一預定範圍外，則比對該電流值與一第二預定範圍，以判斷該觸控點位置之按壓壓力大小。
3. 如申請專利範圍第2項所述之偵測方法，其中，該第一預定範圍與該第二預定範圍之限定步驟包括：提供該壓感材料層之一壓力對阻抗變化關係，其中，該壓感材料層對應一第一按壓狀態具有一第一阻抗，對應一第二按壓狀態具有一第二阻抗，該第一按壓狀態所受之壓力大於第二按壓狀態所受之壓力，該第一阻抗小於該第二阻抗；根據該第一阻抗、該觸控面板之一遠端電極阻抗與一 近端電極阻抗以及該觸控面板之一驅動電壓值，計算該觸控面板對應該第一按壓狀態之一第一遠端電流值與一第一近端電流值，其中，該第一遠端電流值為該第一預定範圍之下限值，該第一近端電流值為該第一預定範圍之上限值；以及根據該第二阻抗、該遠端電極阻抗與該近端電極阻抗以及該驅動電壓值，計算該觸控面板對應該第二按壓狀態之一第二遠端電流值與一第二近端電流值，其中，該第二遠端電流值為該第二預定範圍之下限值，該第二近端電流值為該第二預定範圍之上限值。
4. 如申請專利範圍第2項所述之偵測方法，其中，該第一預定範圍與該第二預定範圍之限定步驟包括：提供該壓感材料層之一壓力對阻抗變化關係，其中，該壓感材料層對應一第一按壓狀態具有一第一阻抗，對應一第二按壓狀態具有一第二阻抗，該第一按壓狀態所受之壓力大於第二按壓狀態所受之壓力，該第一阻抗小於該第二阻抗；量測該觸控面板於該第一按壓狀態之一第一遠端電流值與一第一近端電流值，其中，該第一遠端電流值為該第一預定範圍之下限值，該第一近端電流值為該第一預定範圍之上限值；以及量測該觸控面板於該第二按壓狀態之一第二遠端電流值與一第二近端電流值，其中，該第二遠端電流值為該第二預定範圍之下限值，該第二近端電流值為該第二預定範圍之上限值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之偵測方法，其中，該偵測該第一軸分壓之步驟包括：使該觸控面板之複數個該第一軸感測線路設定為一電壓偵測端；輸入電壓至該觸控面板之複數個該第二軸感測線路；以及紀錄該電壓偵測端取得電壓訊號之該第一軸感測線路之位置與分壓大小。
6. 如申請專利範圍第1項所述之偵測方法，其中，該偵測該第二軸分壓之步驟包括：使該觸控面板之複數個該第二軸感測線路設定為一電壓偵測端；輸入電壓至該觸控面板之複數個該第一軸感測線路；以及紀錄該電壓偵測端取得電壓訊號之該第二軸感測線路之位置與分壓大小。